一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法技术

本发明专利技术提供一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法，装置包括：鞋侧固定支架

【技术实现步骤摘要】
一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法


[0001]本专利技术属于下肢外骨骼领域，更具体地，涉及一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法
。

技术介绍

[0002]踝关节的复杂接触面导致踝关节轴线并非完全垂直于矢状面，且与矢状面的夹角随步态周期不断变化
。
现有国际上先进的踝关节外骨骼在足部护具后侧和小腿中上位置之间用弹簧棘轮或鲍登线施加辅助力，驱动足部绕踝关节旋转实现辅助行走
。
但是，现有方法无法实现在步态周期中主动调节辅助力方向，故而不能实现辅助力方向和踝关节轴线时刻保持空间正交，增加了踝关节非驱动方向的力矩，对踝关节稳定性造成潜在风险
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法，旨在解决现有方法无法实现在步态周期中主动调节辅助力方向，故而不能实现辅助力方向和踝关节轴线时刻保持空间正交，增加了踝关节非驱动方向的力矩，对踝关节稳定性造成潜在风险的问题
。
[0004]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，包括：第一支架
、
第二支架
、
第三支架
、
第一条鲍登线以及第二条鲍登线；
[0005]所述第一支架包括两个子支架，两个子支架分别与穿戴者鞋子的两侧固定；
[0006]所述第二支架从穿戴者鞋子后侧连接所述两个子支架；
[0007]所述第三支架通过绑带与穿戴者的小腿绑定；
[0008]所述第一条鲍登线包括第一套管和第一条钢丝绳，第二条鲍登线包括第二套管和第二条钢丝绳；所述第三支架上设有两个光滑阶梯通孔，第一条钢丝绳的一端和第二条钢丝绳的一端分别固定在第二支架的两端，第一条钢丝绳和第二条钢丝绳在穿戴者小腿后侧交叉向上，之后分别经过所述两个光滑通孔后进入第一套管的一端和第二套管的一端，所述第一套管的另一端和第二套管的另一端连接所述双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼的驱动装置；
[0009]通过驱动装置控制两条钢丝绳的拉力大小，以控制两条钢丝绳拉力合力对应的辅助力大小和方向；所述辅助力用于驱动穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动实现辅助行走，通过控制辅助力的方向使得辅助力与踝关节轴线在步态周期中时刻保持空间正交
。
[0010]在一个可选的示例中，所述踝关节轴线通过穿戴者小腿和脚部上预设标记点的位置确定
。
[0011]在一个可选的示例中，所述辅助力作用在第二支架上，经过第一支架传递到穿戴者脚后跟上，使得穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动
。
[0012]在一个可选的示例中，所述辅助力是穿戴者小腿后侧两条交叉向上钢丝绳拉力的
合力，辅助力
F
的大小为：辅助力的方向与穿戴者矢状面的夹角
θ
为：
θ
＝
arctan(F
x
/F
y
)
；
[0013]其中：
F1和
F2分别为两条钢丝绳的拉力大小，
α
为两条钢丝绳的交叉角度
。
[0014]在一个可选的示例中，所述辅助力
F
的方向与穿戴者踝关节轴线时刻保持空间正交，减少双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼施加在踝关节非驱动方向上的力矩，保证穿戴者踝关节的稳定性
。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼辅助力的调节方法，包括如下步骤：
[0016]确定第一支架和第二支架，并在第二支架上连接两条钢丝绳的一端；所述第一支架包括两个子支架，两个子支架分别与穿戴者鞋子的两侧固定；所述第二支架从穿戴者鞋子后侧连接所述两个子支架；
[0017]确定第三支架，控制两条钢丝绳在穿戴者小腿后侧交叉向上，并将两条钢丝绳的另一端穿过第三支架；所述第三支架通过绑带与穿戴者的小腿绑定；
[0018]通过两条钢丝绳的另一端控制两条钢丝绳的拉力大小，以控制两条钢丝绳拉力合力对应的辅助力大小和方向；所述辅助力用于驱动穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动实现辅助行走，通过控制辅助力的方向使得辅助力与踝关节轴线在步态周期中时刻保持空间正交
。
[0019]在一个可选的示例中，所述踝关节轴线通过穿戴者小腿和脚部上预设标记点的位置确定
。
[0020]在一个可选的示例中，所述辅助力作用在第二支架上，经过第一支架传递到穿戴者脚后跟上，使得穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动
。
[0021]在一个可选的示例中，所述辅助力是穿戴者小腿后侧两条交叉向上钢丝绳拉力的合力，辅助力
F
的大小为：辅助力的方向与穿戴者矢状面的夹角
θ
为：
θ
＝
arctan(F
x
/F
y
)
；
[0022]其中：
F1和
F2分别为两条钢丝绳的拉力大小，
α
为两条钢丝绳的交叉角度
。
[0023]在一个可选的示例中，所述辅助力
F
的方向与穿戴者踝关节轴线时刻保持空间正交，减少双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼施加在踝关节非驱动方向上的力矩，保证穿戴者踝关节的稳定性
。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025]本专利技术提供一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其辅助力调节方法，通过在小腿后侧双钢丝绳交叉助力方法，能够在步态周期中实时调节辅助合力的大小和方向，从而实
现辅助力方向与踝关节轴线在步态周期中时刻保持空间正交，减少踝关节非驱动方向的干扰力矩，减少对踝关节的不稳定因素，保证辅助行走过程中踝关节的稳定性
。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例提供的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼及其驱动电机结构图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼侧面结构图；
[0028]图3是本专利技术实施例提供的冠状面内双钢丝绳合力方向调节原理图；
[0029]图4是本专利技术实施例提供的右脚踝关节轴线及其垂面的的空间方位图；
[0030]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为第一支架，2为第二支架，3为第三支架，4为鲍登线，4为电机驱动装置
。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0032]本专利技术属于下肢外骨骼领域
。
踝关节的复杂接触面导致踝关节轴线并非完全垂直于矢状面，且与矢状面的夹角在步态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，其特征在于，包括：第一支架
、
第二支架
、
第三支架
、
第一条鲍登线以及第二条鲍登线；所述第一支架包括两个子支架，两个子支架分别与穿戴者鞋子的两侧固定；所述第二支架从穿戴者鞋子后侧连接所述两个子支架；所述第三支架通过绑带与穿戴者的小腿绑定；所述第一条鲍登线包括第一套管和第一条钢丝绳，第二条鲍登线包括第二套管和第二条钢丝绳；所述第三支架上设有两个光滑阶梯通孔，第一条钢丝绳的一端和第二条钢丝绳的一端分别固定在第二支架的两端，第一条钢丝绳和第二条钢丝绳在穿戴者小腿后侧交叉向上，之后分别经过所述两个光滑通孔后进入第一套管的一端和第二套管的一端，所述第一套管的另一端和第二套管的另一端连接所述双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼的驱动装置；通过驱动装置控制两条钢丝绳的拉力大小，以控制两条钢丝绳拉力合力对应的辅助力大小和方向；所述辅助力用于驱动穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动实现辅助行走，通过控制辅助力的方向使得辅助力与踝关节轴线在步态周期中时刻保持空间正交
。2.
根据权利要求1所述的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，其特征在于，所述踝关节轴线通过穿戴者小腿和脚部上预设标记点的位置确定
。3.
根据权利要求1所述的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，其特征在于，所述辅助力作用在第二支架上，经过第一支架传递到穿戴者脚后跟上，使得穿戴者的踝关节绕其轴线产生转动
。4.
根据权利要求1所述的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，其特征在于，所述辅助力是穿戴者小腿后侧两条交叉向上钢丝绳拉力的合力，辅助力
F
的大小为：辅助力的方向与穿戴者矢状面的夹角
θ
为：
θ
＝
arctan(F
x
/F
y
)
；其中：
F1和
F2分别为两条钢丝绳的拉力大小，
α
为两条钢丝绳的交叉角度
。5.
根据权利要求1至4任一项所述的双钢丝绳驱动的踝关节外骨骼，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙容磊，刘宇瑶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：